ANTWOORDEN Herhaling zuren, basen en buffers 1) Wat geeft de onderstaande afbeelding weer? Je ziet deze deeltjes afgebeeld: het zwakke zuur HA (want veel deeltjes zijn niet geïoniseerd), de zwakke base A en watermoleculen. Er zijn dus een zwak zuur en de geconjugeerde base aanwezig, in (ongeveer) gelijke hoeveelheden. Dit is een buffer. Bron van de afbeelding: http://www.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/chapter16/pag01.htm 2) Geef de vergelijkingen van: a) het oplossen van natriumfosfaat Na 3 PO 4 3 Na + + PO 4 3 b) de reactie van calciumoxide met water CaO + H 2 O Ca 2+ + 2 OH c) salpeterzuur en natronloog H 3 O + + NO 3 + Na + + OH 2 H 2 O + Na + + NO 3 d) azijn en ammonia CH 3 COOH + NH 3 CH 3 COO + NH 4 + (deze laatste reactie is een evenwicht omdat er niet minstens één sterk zuur of sterke base bij betrokken is)
3) Bereken de ph van: a) 0,01 M zoutzuur zoutzuur is en sterk zuur 1 mol zoutzuur levert 1 mol H + (H 3 O + ) [H 3 O + ] = 0,01 mol L 1 dus ph = log 0,01 = 2 b) 0,0005 M kalkwater kalkwater is een oplossing van Ca(OH) 2 1 mol Ca(OH) 2 bevat 2 mol OH [OH ] = 2x0,0005 = 0,001 dus poh = log 0,001 = 3 ph = 14 poh = 143 = 11 c) een oplossing van 1 gram natriumethanoaat in 0,5 liter water: natriumethanoaat bevat de zwakke base ethanoaat (CH 3 COO ) 1 mol natriumethanoaat bevat 1 mol ethanoaat gram 82 1 mol 1 0,0122 Er is dus 0,0122 mol van een zwakke base in 0,5 liter water, dus [CH 3 COO ] = 0,0244 mol L 1 Er geldt dit evenwicht: CH 3 COO + H 2 O OH + CH 3 COOH B 0,0244 0 0 O x +x +x E 0,0244x x x K! = OH!. [CH! COOH] [CH! COO! ] 5,5. 10!!" = x! 0,0244 x x = 4,0. 10 6 poh = log x = log (4,0. 10 6 ) = 5,4 ph = 14 poh = 8,6
d) 1 mol ammoniumchloride en 1 mol ammoniak in 1 liter water Dit is een buffer, want er is een zwak zuur (NH 4 + ), een zwakke base (NH 3 ) en beide zijn in (ongeveer) gelijke hoeveelheden en in redelijk grote hoeveelheden aanwezig. Om de ph van en buffer te berekenen, noteer je eerst de evenwichtsvergelijking, dan K en daarna vul je de waarden uit de opgaven direct in K in. Het heeft geen zin om te werken met x. Dat mag wel, maar je zal op hetzelfde antwoord komen tenzij je fouten maakt omdat je moeilijk doet. Er geldt dit evenwicht: NH 4 + + H 2 O H 3 0 + + NH 3 B 1 0 1 O x +x 1+x E 1x 1 x 1+x 1 K! = H!O!. [NH! ] [NH!! ] De veranderingen x en +x van de beginconcentraties zijn te verwaarlozen, zodat geldt: 5,6. 10!!" = [H!O! ].1 1 Hieruit volgt ph = log [H 3 0 + ] = log (5,6. 10 10 ) = 9,25 Je mag ook dit doen: ph = pk z + log [!"!] [!"!! ] = 9,25+log!! = 9,25
4) Ultradent in basische oplossing van broomthymolblauw Een oplossing van de phindicator broomthymolblauw bevat een beetje natronloog. De ph van het mengsel is ongeveer 9. Aan deze oplossing wordt een tablet Ultradent toegevoegd. Dit bevat natriumwaterstofcarbonaat en citroenzuur, waardoor het tablet bruisend oplost. Citroenzuur is een driewaardig zuur dat mag je weergegeven als H 3 Cit. a) Geef de formule of de naam van het gas dat ontstaat. CO 2, koolstofdioxide b) Geef de vergelijking van de reactie waarbij het gas ontstaat. H 3 Cit + 3 Na + + 3 HCO 3 3 H 2 CO 3 + 3 Na + + Cit 3 H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 Het evenwicht zal aflopend zijn doordat CO 2 een gas is. Het stijgt op en keert nauwelijks terug in de oplossing, zodat H 2 CO 3 zal verdwijnen (tweede reactie) en de evenwichtsreactie niet terug kan verlopen.
5) Waterstofcarbonaat en waterstofsulfaat Er zijn twee oplossingen: één van natriumwaterstofcarbonaat en één van natriumwaterstofsulfaat. Aan elke oplossing wordt een beetje van de phindicator broomthymolblauw toegevoegd. a) Geef de notaties van de oplossingen van de twee bovenstaande zouten. Na + + HCO 3 Na + + HSO 4 b) Noteer de kleuren van de indicator. Welke oplossing zit in welke erlenmeyer? Welk deeltje is een zwakke base en welk deeltje is een zwak zuur? Eén oplossing met broomthymolblauw is geel, dus de ph van deze oplossing is lager dan 6,0. Deze oplossing bevat een zuur. Voor HSO 4 geldt dat K z >K b. De gele oplossing bevat waterstofsulfaat, HSO 4. De andere oplossing met broomthymolblauw is blauw, dus ph>7,6. Deze oplossing bevat een base. Voor HCO 3 geldt dat K b >K z. De blauwe oplossing bevat waterstofcarbonaat, HCO 3. Gelijke hoeveelheden van de oplossingen worden bij elkaar gedaan. c) Geef de vergelijking van de reactie. HCO 3 + HSO 4 H 2 CO 3 + SO 4 2 H 2 CO 3 H 2 O + CO 2
6) Rekenen aan het maken van een buffer Er is 100 ml 0,25 M methaanzuur en een ruime hoeveelheid 2,0 M natronloog. Hoeveel ml natronloog moet aan de oplossing van methaanzuur worden toegevoegd om een buffer met ph = 4,20 te maken? Laat je berekening zien. Dit evenwicht ontstaat in een oplossing van methaanzuur: HCOOH + H 2 O H 3 O + + HCOO B 25 mmol 0 mmol O x +x E 25x mmol 10 4,20 x mmol In een buffer gaat het om de verhouding tussen zwak zuur en zwakke base. Een oplossing van methaanzuur bevat vooral HCOOH en weinig van de base HCOO. Een deel van het methaanzuur moet met de sterke base OH reageren. Er verdwijnt dan zwak zuur en er ontstaat zwakke base. Het is handig om met mmol te werken in plaats van met concentraties, omdat in K de volumes in teller en noemer tegen elkaar zullen wegvallen. [H 3 O + ] is bekend omdat de ph gegeven is. Schrijf K op en vul alles wat je weet in K in: K! =!!!!.[!"##! ] [!"##!] en dus 1,8. 10!! =!"!!,!".[!"##! ] [!"##!] Vervolgens vind je:!"##! =!"!!,!" [!"##! ]!,!.!"!! = 0,351 Dus:!"!!! = 0,351 Daaruit volgt x = 18,5 mmol. Er is een buffer met ph=4,20 als er 6,5 mmol HCOOH is en 18,5 mmol HCOO (samen 25 mmol). Om van 25 mmol HCOOH slechts 6,5 mmol HCOOH over te houden moet 18,5 mmol gereageerd hebben met OH. Dan is er 18,5 mmol OH en dus ook 18,5 mmol natronloog nodig geweest. mmol 2 18,5 ml 1 9,25 18,5 mmol natronloog komt overeen met 9,25 ml 2,0 M natronloog. Er is dus 9,25 ml natronloog nodig.
7) Teken minstens vier Hbruggen tussen onderstaande structuurformules Zie de bindingen die met drie á vier streepjes zijn weergegeven: Een Hatoom maakt één Hbrug tegelijk, over korte afstand. Deze Hbrug is er (nog) niet.